图解HTTPS协议加密解密全过程

Posted 2023-03-09

参考技术A

HTTPS即加密的HTTP，HTTPS并不是一个新协议，而是HTTP+SSL（TLS）。原本HTTP先和TCP（假定传输层是TCP协议）直接通信，而加了SSL后，就变成HTTP先和SSL通信，再由SSL和TCP通信，相当于SSL被嵌在了HTTP和TCP之间。

我们首先了解几个基本概念。

共享密钥加密（对称密钥加密） ：加密和解密同用一个密钥。加密时就必须将密钥传送给对方，那么如何安全的传输呢？

公开密钥加密（非对称密钥加密） ：公开密钥加密使用一对非对称的密钥。一把叫做私有密钥，一把叫做公开密钥。私有密钥不能让其他任何人知道，而公开密钥则可以随意发布，任何人都可以获得。使用此加密方式，发送密文的一方使用公开密钥进行加密处理，对方收到被加密的信息后，再使用自己的私有密钥进行解密。利用这种方式，不需要发送用来解密的私有密钥，也不必担心密钥被攻击者窃听盗走。

但由于公开密钥比共享密钥要慢，所以我们就需要综合一下他们两者的优缺点，使他们共同使用，而这也是HTTPS采用的加密方式。 在交换密钥阶段使用公开密钥加密方式，之后建立通信交换报文阶段则使用共享密钥加密方式。

这里就有一个问题，如何证明公开密钥本省是货真价实的公开密钥。如，正准备和某台服务器建立公开密钥加密方式下的通信时，如何证明收到的公开密钥就是原本预想的那台服务器发行的公开密钥。或许在公开密钥传输过程中，真正的公开密钥已经被攻击者替换掉了。为了解决这个问题，可以使用由数字证书认证机构（CA，Certificate Authority）和其他相关机关颁发的公开密钥证书。

下图是https通信步骤图：

下面是详细步骤：

步骤 1： 客户端通过发送 Client Hello 报文开始 SSL 通信。报文中包
含客户端支持的 SSL 的指定版本、加密组件（Cipher Suite）列表（所
使用的加密算法及密钥长度等）。

步骤 2： 服务器可进行 SSL 通信时，会以 Server Hello 报文作为应
答。和客户端一样，在报文中包含 SSL 版本以及加密组件。服务器的
加密组件内容是从接收到的客户端加密组件内筛选出来的。

步骤 3： 之后服务器发送 Certificate 报文。报文中包含公开密钥证
书。

步骤 4： 最后服务器发送 Server Hello Done 报文通知客户端，最初阶
段的 SSL 握手协商部分结束。

步骤 5： SSL 第一次握手结束之后，客户端以 Client Key Exchange 报
文作为回应。报文中包含通信加密中使用的一种被称为 Pre-master
secret 的随机密码串。该报文已用步骤 3 中的公开密钥进行加密。

步骤 6： 接着客户端继续发送 Change Cipher Spec 报文。该报文会提
示服务器，在此报文之后的通信会采用 Pre-master secret 密钥加密。

步骤 7： 客户端发送 Finished 报文。该报文包含连接至今全部报文的
整体校验值。这次握手协商是否能够成功，要以服务器是否能够正确
解密该报文作为判定标准。

步骤 8： 服务器同样发送 Change Cipher Spec 报文。

步骤 9： 服务器同样发送 Finished 报文。

步骤 10： 服务器和客户端的 Finished 报文交换完毕之后，SSL 连接
就算建立完成。当然，通信会受到 SSL 的保护。从此处开始进行应用
层协议的通信，即发送 HTTP 请求。

步骤 11： 应用层协议通信，即发送 HTTP 响应。

步骤 12： 最后由客户端断开连接。断开连接时，发送 close_notify 报
文。上图做了一些省略，这步之后再发送 TCP FIN 报文来关闭与 TCP
的通信。

在以上流程中，应用层发送数据时会附加一种叫做MAC（Message Authentication Cods）的报文摘要。MAC能够查知报文是否遭到篡改从，从而保护报文的完整性。